(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機であって、
可撓性の燃料層（１２）を有する少なくとも１つの多層構造体（１０）、及び第１及び第２の可撓性の燃料電池層（１４、１６）を備え、
前記燃料層（１２）が、第１及び第２の離間した側部と、その長さ又は幅のうちの１つよりも小さな厚さとを有し、前記燃料層（１２）の前記第１及び第２の側部は、前記燃料層（１２）の厚さの方向に離間し、
前記燃料電池層（１４、１６）が、前記燃料層（１２）のそれぞれの側部に位置し、前記燃料電池層（１４、１６）の各々が、その電極長さ又は電極幅のうちの１つよりも小さな厚さを有する、ことを特徴とする発電機。
【請求項２】
前記構造体（１０）が幅および厚さの寸法よりも大きい長さの寸法を備え、円筒形状に丸めることができることを特徴とする請求項１の発電機。
【請求項３】
複数の同一の多層構造体（３２）を含み、該構造体（３２）が直列又は並列に接続されたものの１つであることを特徴とする請求項１の発電機。
【請求項４】
直列に接続された複数の構造体が１０ワット／リットルを越える電力密度を有し、並列に接続された複数の構造体が１０ワット／リットルを越える電力密度を有することを特徴とする請求項３の発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]本発明はソリッドステート発電機（solid state electrical generators）に関する。特に、本発明は多層高電力密度発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]１つの形式の既知の燃料電池は膜の各側部に位置する電極と組み合わせた陽子交換膜と共に、種々のガス拡散層並びに関連する疎水性及び親水性コーティングを組み込んでいる。１つの形のこのような発電機は本出願人に譲渡された「陽子交換膜燃料電池」という名称の２００５年１０月２５日に出願された米国特許出願第１１／２５７，７３５号明細書に開示されている。多層燃料電池を組み込んだ別の形の発電機は電気及び副産物としての水を発生させる。水は回収することができ、固形の水素生成燃料との反応により付加的な水素ガスを生じさせるために使用することができる。このような発電機及び燃料電池は２００５年１１月９日に出願された「マイクロ発電機における水の回収」という名称の米国特許出願第１１／２７０，８４８号明細書に開示されている。
【特許文献１】米国特許出願第１１／２５７，７３５号明細書
【特許文献２】米国特許出願第１１／２７０，８４８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
[0003]既知のソリッドステート発電機はその意図する目的にとって有用で、適しているが、エネルギ密度ではなく、今まで利用されていたものよりも一層大きな電力密度の発電機のための未解決の満たされていない要求が依然として存在する。マイクロ又はナノの応用に適する高電力密度ソリッド発電機のための要求が依然として存在する。好ましくは、このような発電機は軽量であり、比較的安価であり、弁無しのものであり、高電圧軽量の応用にとって十分な電力を与える。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００４】
[0008]本発明の実施の形態は多くの異なる形をとることができるが、その特定の実施の形態を図面に示し、ここで詳細に説明する。ただし、本開示は本発明の原理の例示及びこれを実践する最良の形態として考えるべきであり、本発明を図示の特定の実施の形態に限定する意図ではないことを理解されたい。
【０００５】
[0009]本発明に係る発電機は、水素発生化学反応を規制するために機内の水源又は弁のいずれをも必要とせずに、一層高い電力密度を与える。本発明の１つの態様においては、矩形形状の発電機はスタック間に燃料の薄い層を備えた燃料電池のスタックからほぼ全体的に形成することができる。このような発電機は大きな燃料電池領域を有するために（１０ワット／リットルを越える）極めて高い電力密度を有することを期待することができる。
【０００６】
[0010]上述の発電機は複数の可撓性の層を備えることができ、例えば超軽量航空車両の翼のように平坦状態で使用することができ、または、円筒形状に丸めることができる。本発明の更に別の態様においては、このような発電機は燃料の高い比エネルギの結果として本質的に軽量となることを期待することができ、適当に形状づけした場合は、超軽量航空車両を発進させるために使用できる電力レベルを生じさせることができる。
【０００７】
[0011]本発明の更に別の態様においては、３層発電機は、水蒸気に曝されたときに酸素を発生させることのできるリチウムアルミニウム水酸化物又は他の化学水酸化物のような燃料層である比較的薄い可撓性シートを組み込んでいる。開示された実施の形態における燃料層は２つの燃料電池スタック間に挟まれる。各スタックは、当業者なら理解できるように、少なくとも１つの陽子交換膜と、ガス拡散層と、電極と、関連する疎水性及び親水性のコーティングとを組み込んでいる。複合発電機は可撓性であり、特定の応用の要求に応じて平坦、実質上円筒状又は他の形に形成することができる。
【０００８】
[0012]本発明の更に別の態様においては、多層発電機は関連する燃料電池内で電気化学反応により発生した水を再生利用し、水素を発生させるために水を使用し、それによって、機内の水源のいかなる必要性をも排除する。更に、反応はそれ自体規制され、従って規制弁を必要としない。[0013]本発明に係る発電機は共通の燃料層を備えた列として履行することができる。燃料層の各側部に形成された複数の燃料電池の部材は出力電圧を増大させるために直列に相互接続することができる。多数のスタックは増大した出力電力を達成するために平行に、円筒形に又は平坦形に相互接続することができる。
【０００９】
[0014]本発明の更に別の態様においては、スタックが近接して配置された場合、高電力密度を発生させるのに必要な酸素の流れはスタックを通して周囲の大気を強制的に送ることにより達成することができる。これは、例えばロータ又は翼によって発生した空気流をスタックに対して通過させることにより航空機において達成することができる。他の応用においては、ファン又はポンプを使用して同じ効果を達成することができる。
【００１０】
[0015]図１は本発明に係る高電力密度超軽量発電機１０を示す。発電機１０は水蒸気に曝されたときに水素を生じさせる例えばリチウムアルミニウム水酸化物又は他の化学水酸化物のような燃料層１２を組み込んでいる。細長くすることができて、図１に示すようにほぼ矩形の形状を有する燃料層１２は、その各側部において１つずつ、これに関連する燃料電池スタック１４、１６を有する。発電機１０のすべての層１２、１４、１６は可撓性であり、いかなる制限をも伴わずに、平坦、実質上平坦、円筒形のような湾曲形状に形成できることを理解されたい。
【００１１】
[0016]当業者はまた、図１にほぼ矩形形状で示すが、発電機１０の層１２−１６がいかなる特定の形状にも限定されないことを理解できよう。発電機１０は、いかなる制限をも伴わずに及び本発明の精神及び要旨から逸脱することなく、種々の物理的な形状をとることができる。[0017]図２は図１の２−２面における断面図である。図２は発電機１０の種々の層間の関係を示す。
【００１２】
[0018]燃料電池スタック１４、１６の各々は、このような燃料電池スタックの履行にとって有用であるか又は望ましい、当業者にとって理解できるような陽極、陰極、陽子交換膜及び他の層を有する平坦な多層の燃料電池を組み込んでいる。発電機１０のような燃料発電機の利点の１つは、燃料電池スタック１４、１６が大きな領域を伴って形成できるという事実に由来する。これは、利用できる燃料の量に応じて、限られた時間量で極めて高い電力密度を生じさせることができる。
【００１３】
[0019]図３、４は本発明に係る１つの特定の形の発電機３０を一緒になって示す。発電機３０は燃料層３６の一側に形成された直列に接続された燃料電池３２ａの列と、燃料層３６の反対側に形成された第２の複数の燃料電池３２ｂとを組み込んでいる。複数３２ａ及び複数３２ｂの部材の各々は、単一の燃料電池で容易に達成できるものよりも一層高い出力電圧を接続部４０ａ、ｂ間に発生させるように直列に相互接続することができる。[0020]列３０の燃料電池は絶縁層３４ａ、ｂ、ｃ、ｄを介在させることにより互いに離間されることを理解されたい。また、列３０内に存在する燃料電池の数は本発明を限定するものではないことを理解されたい。
【００１４】
[0021]上述のことから、本発明の精神及び要旨から逸脱することなく、多数の変形及び修正を行うことができることが分かろう。ここに示す特定の装置に関する限定を意図するものでもなく推測すべきではないことを理解されたい。もちろん、特許請求の範囲に入るようなすべてのこのような修正は特許請求の範囲により保護されることを意図する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る発電機の斜視図である。
【図２】図１の２−２面における断面図である。
【図３】燃料電池の列を組み込んだ本発明に係る発電機を示す図である。
【図４】４−４面に沿った図３の発電機を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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